粗鋼管立柱的模板承重系統(tǒng)施工技術(shù)的成功嘗試

齊鵬飛++黃靜++劉亞進(jìn)++鄭功林

摘要：土木建筑工程施工過(guò)程中，現(xiàn)澆混凝土承重模板的支撐結(jié)構(gòu)一般采用滿(mǎn)堂紅扣件式鋼管排架、原木立柱、鋼格構(gòu)式井架、鋼管井架、桁架、預(yù)埋牛腿支架等方法，且被廣泛采用；而對(duì)于以粗鋼管作為高大厚重結(jié)構(gòu)的承重模板立柱的施工技術(shù)應(yīng)用極少，我局在溪洛渡水電站右岸導(dǎo)流洞出口閘室成功地應(yīng)用了以？準(zhǔn)150粗鋼管作承重模板立柱的施工技術(shù)，節(jié)約了大量工期，創(chuàng)造了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。

Abstract： In the process of civil engineering construction， the supporting structure of cast-in-place concrete load-bearing formwork is generally full-red buckle-type steel tube rack， wood column， steel lattice derrick， steel derrick， truss， or embedded corbel bracket； and the application of the construction technology of the bearing columns with the thick steel pipe as the tall and heavy structure is very few. China Gezhouba Group Xiluodu Construction Bureau has successfully applied the ？準(zhǔn)150 crude steel pipe as the load-bearing template column construction technology in Xiluodu hydropower station right bank diversion tunnel exit gate chamber， thus shortening the construction period， and creating a very substantial economic benefits.

關(guān)鍵詞：粗鋼管立柱；承重系統(tǒng)；施工技術(shù)；成功嘗試

Key words： crude steel pipe column；load-bearing system；construction technology；successful attempt

中圖分類(lèi)號(hào)：TU392.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）02-0131-04

1 概述

結(jié)構(gòu)物。溪洛渡水電站裝機(jī)12600MKW，導(dǎo)流洞為城門(mén)洞型。右岸4#導(dǎo)流洞出口閘室上游段EL384.5鋼筋混凝土頂板為平頂，凈高20m，頂板的寬×長(zhǎng)分別為3.1×18m（上游）、2.7×18m，中間為4.2m寬的工作門(mén)槽，鋼筋混凝土頂板高度10.5m，分3層澆筑，第1層澆筑為1.5m厚。模板支撐系統(tǒng)上下游方向分兩部分，上游3.1m，下游2.7m，兩部分之間寬4.2m的門(mén)槽段通過(guò)？準(zhǔn)80鋼管連接；支撐架管自上而下分兩層，上層7.52m，下層12m，兩層之間通過(guò)螺栓連接。

安全、快速地施工和拆裝，以及節(jié)約成本是本方案的特點(diǎn)。

2 粗鋼管承重系統(tǒng)施工方法

2.1 承重結(jié)構(gòu)布置

2.1.1 立管

中國(guó)葛洲壩集團(tuán)溪洛渡施工局采用？準(zhǔn)150×4mm（厚度4cm）舊鋼管和鋼牛腿架作為4#導(dǎo)流洞出口閘室頂板的承重構(gòu)件，見(jiàn)圖1～4、圖6。每根混凝土梁下布置立管3*9=27根立管。順流向3根立管采用5×5×0.4cm（斜向綴條）、7×7×0.7cm（水平）角鋼固定成片，角鋼共8層，最大步距3.2M；在每層與水平角鋼垂直方向，采用？準(zhǔn)80鋼管同立管和角鋼連接，？準(zhǔn)80鋼管兩端與閘墩接觸，在？準(zhǔn)150立管兩端、距地面11.6吊點(diǎn)處，利用？準(zhǔn)80鋼管作水平方向剪力撐。這樣？準(zhǔn)150鋼管便形成了粗鋼管排架。

2.1.2 頂部主、次梁。

？準(zhǔn)150鋼管柱排架上部采用I20a工字鋼作為主梁，I10工字鋼作次梁，利用I10工字鋼頭（12cm長(zhǎng)）、鋼板或少數(shù)槽鋼頭（12cm長(zhǎng)，雙靠背，或用0.5cm鋼板封邊的單個(gè)）找平；靠邊墻側(cè)采用鋼牛腿支撐主梁，鋼牛腿通過(guò)定位錐固定，間距與立管相同。結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖2、3及圖5、6。

2.2 施工順序

承重支撐系統(tǒng)施工順序如下：

選材→異地焊接成架→轉(zhuǎn)運(yùn)→定位拼裝→連墻件及構(gòu)造加固→主次梁吊裝和調(diào)平→立?！鷿仓O(jiān)測(cè)→拆除。

2.3 主要工序施工方法

2.3.1 選材與連接

①立管，見(jiàn)圖7及B大樣。立管選用內(nèi)徑150mm，管壁實(shí)際厚度4mm（計(jì)算厚度3.5mm）的無(wú)縫可焊接鋼管，立管下部12m采用兩根6m型材對(duì)接焊接，與上部7.52m鋼管采用法蘭盤(pán)連接；立管兩端焊10*200*200mm鋼板作基座。

②？準(zhǔn)80水平鋼管和斜撐接長(zhǎng)。橫向（垂直洞軸線(xiàn)）水平管、斜向剪力撐和綴條采用內(nèi)徑80的無(wú)縫鋼管，無(wú)縫鋼管接長(zhǎng)采用鋼筋搭接焊接，與立管之間采用角鋼頭過(guò)渡連接。部分水平邊拋桿（跨度小于3m）可采用？準(zhǔn)48鋼管。

③工字鋼主連接。采用型材9m/根的I20a工字鋼作為主梁，每根主梁長(zhǎng)18m，由2根9m型材組成，兩根接頭兩側(cè)采用0.5cm厚鋼板焊接。主梁與立管點(diǎn)焊連接，與找平工字鋼點(diǎn)焊連接；找平層至次梁之間焊接連接。

④梁模板采用標(biāo)準(zhǔn)鋼模板P3015、P1015。

⑤次梁。采用型材9m/根的I10工字鋼作為主梁，將上、下游梁之間的工字鋼次梁用鋼板對(duì)接焊接。

⑥管件之間交叉連接采用8cm長(zhǎng)63*63*6短角鋼過(guò)渡連接，以免拆除時(shí)割傷管件造成材料浪費(fèi)。節(jié)點(diǎn)連接型式見(jiàn)圖7。endprint

2.3.2 架管預(yù)制

①所有受力立管構(gòu)件采用分片預(yù)制后再整體拼裝。分片參見(jiàn)圖1、圖2、3。將圖中9列立管排架網(wǎng)格分成6片（也可根據(jù)場(chǎng)地條件將下部分成4片或不分片）。圖中下部1#、2#、3#高12m，上部4#、5#、6#高7.57m。每片分成上游、下游兩榀，編號(hào)區(qū)分，如1#-1、1#-2。其中1#-1為下游梁體下部12m高排架，1#-2為上游梁體下部12m高排架。每榀均為3層架管。

②首先加工各層12m高的架管，及將順流向的3根架管采用70×70×7角鋼（水平向）、50×50×4角鋼（綴條）焊接成整體，再按照3×3格局用？準(zhǔn)80橫鋼管焊接成片。

③綴條、橫桿、剪力撐、拋桿伸入排架內(nèi)部分等構(gòu)件，全部在平地上與立管焊接好，吊裝就位后再連接。

2.3.3 吊點(diǎn)選擇與加固

上游1#-2重量最大，重4.1t，長(zhǎng)度12m，采用50t汽車(chē)吊、利用鋼絲繩起吊，平板拖車(chē)運(yùn)輸?shù)桨惭b部位。

每片管架選最上一步四角橫桿作為穿繩起吊點(diǎn)。采用4根等長(zhǎng)鋼絲繩（4個(gè)吊點(diǎn)）將四角立管的角鋼系緊扣好后緩慢起吊。每吊裝塊上將排架上部水平面、立面兩個(gè)方向的剪力撐焊接好，以防排架變形后法蘭螺栓連接困難。實(shí)際施工起吊過(guò)程中很好的保護(hù)了立柱結(jié)構(gòu)形體，螺栓連接很順利。

2.3.4 支撐系統(tǒng)拼裝與拆除

①排架拼裝順序。

先安裝門(mén)槽下游部分排架，再安裝上游部分，順序如下：

下游部分：1#-1—靠墻側(cè)支撐桿—2#-1—靠墻側(cè)支撐桿-3#-1—靠墻側(cè)支撐桿-上部4#-1—靠墻側(cè)支撐桿—5#-1—靠墻側(cè)支撐桿-6#-1—靠墻側(cè)支撐桿-工字鋼主、次梁。

門(mén)槽上游部分：當(dāng)下部結(jié)構(gòu)再不需用吊車(chē)后，再安裝門(mén)槽上游游部分排架，順序如下：

1#-2—靠墻側(cè)支撐桿—2#-2—靠墻側(cè)支撐桿—3#-2—靠墻側(cè)支撐桿—上部4#-2—靠墻側(cè)支撐桿—5#-2—靠墻側(cè)支撐桿—6#-2—靠墻側(cè)支撐桿—工字鋼主、次梁。

②裝配方法。

首先采用全站儀定位立柱群最邊上的4個(gè)立管中心線(xiàn)，再上下各拉兩根線(xiàn)形成#字型控制面，并在閘墩上用油漆標(biāo)識(shí)，在吊裝時(shí)調(diào)整平面位置，保證立管垂直度。

選用50t汽車(chē)吊吊裝鋼管架；利用門(mén)槽兩端的交通梯，采用人工搬運(yùn)拋桿，對(duì)裝配網(wǎng)架上的外伸件及時(shí)接長(zhǎng)。梁體兩端鋼牛腿采用在邊墻混凝土中預(yù)埋定位錐施工，場(chǎng)外加工好鋼架，再采用人工拼裝。

③拆除。

從上而下逐層拆除。拆除時(shí)間安排在EL395平臺(tái)形成后進(jìn)行。其中上部4#、5#、6#管架需要用氣焊分割，剔出立管上的橫桿、綴條，下部1#、2#、3#架管可不分解，而采用載重汽車(chē)配汽車(chē)吊調(diào)離現(xiàn)場(chǎng)。

3 支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算要點(diǎn)

本支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)似于滿(mǎn)堂紅普通扣件式鋼管排架，但選材和連接模式與其有本質(zhì)的區(qū)別，因而計(jì)算模式和方法也不同，更不可能采用扣件式腳手架的計(jì)算軟件來(lái)計(jì)算。

3.1 考慮的荷載

3.1.1 考慮的荷載有

①新澆混凝土重量，按照1.5m混凝土厚度驗(yàn)算，澆筑氣溫在3～15℃，兩臺(tái)泵機(jī)5小時(shí)澆完，泵送混凝土重2.5t/m3。入倉(cāng)溫度取10℃，塌落度16cm。

②鋼筋重量。按圖計(jì)算。

③模板及支架自重。

④活荷載：混凝土傾斜入倉(cāng)時(shí)的沖擊力；振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載；施工荷載等其它活荷載。不考慮積雪等偶然荷載；由于架管被圍堰和巖體包圍，不考慮風(fēng)荷載。

3.1.2 荷載組合

仍然按照規(guī)范和慣例組合，但所有荷載均乘相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)：靜載×1.2、活載×1.4，而不是僅僅限于標(biāo)準(zhǔn)荷載時(shí)乘分項(xiàng)系數(shù)。

3.2 頂部主、次梁按照壓彎構(gòu)件驗(yàn)算

模板下共24根I10工字鋼作次梁，次梁間距0.75m，按照2跨懸臂受彎桿件驗(yàn)算；次梁下的主梁為3根I20a工字鋼，主梁取承壓面積最大的上游中間一根（及圖1中B）按照5等跨聯(lián)系梁計(jì)算。主次梁和模板計(jì)算比較簡(jiǎn)單，主要驗(yàn)算抗彎應(yīng)力、撓度等，按照規(guī)范組合荷載即可，不詳述。

3.3 立管承載力及穩(wěn)定性計(jì)算

取圖1中B列中任一根立管計(jì)算。所有排架立管中，上游排架中間一排（B列）受立最大，承受1.1*1.8m2的頂部荷載。考慮立竿在每3.2m高度處的連接不可能完全當(dāng)固定支座，立竿按照L=3.2m、兩端鉸支計(jì)算。

考慮到：①缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)而對(duì)計(jì)算模型依據(jù)的充分性、可靠性并沒(méi)有十足的把握；②架管失穩(wěn)的波長(zhǎng)往往大于步距，依據(jù)扣件式腳手架施工安全技術(shù)規(guī)范JGJ130-2001，再將長(zhǎng)度L乘長(zhǎng)度折減系數(shù)1.15*1.7。按照1.5m澆筑高度驗(yàn)算立柱強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

按強(qiáng)度驗(yàn)算立管承載力。采用允許應(yīng)力法，A3鋼立管的允許壓應(yīng)力取【σ】=215n/mm2，結(jié)果均滿(mǎn)足要求。

穩(wěn)定性計(jì)算。通過(guò)立管長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算，判斷立管失穩(wěn)破壞的形態(tài)是由于立管線(xiàn)彈性范圍內(nèi)的失穩(wěn)所致：

d2y/（dx）2=M（x）/（EI）成立

用歐拉公式計(jì)算臨界應(yīng)力，進(jìn)而計(jì)算立管安全系數(shù)。這里按兩端鉸支μ=1（保守，應(yīng)在0.7～1之間）計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比明顯保守。經(jīng)過(guò)計(jì)算1.5m澆筑高度時(shí)的安全系數(shù)為2.2可行。再按照折減系數(shù)法（及穩(wěn)定系數(shù)法）驗(yàn)算工作應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果為σ=134.9n/mm2，小于允許壓應(yīng)力【σ】=215n/mm2。比較這兩種方法計(jì)算結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)其安全儲(chǔ)備相近。

支座。取3.2m立管高度計(jì)算。立管兩端支座內(nèi)力計(jì)算可用有限元知識(shí)近似計(jì)算。這里僅僅采取構(gòu)造措施，利用角鋼和鋼管將立管焊接成與閘墩邊墻相連的整體（實(shí)際只在門(mén)槽內(nèi)加了連墻件），保證支座在水平方向的穩(wěn)定。

4 結(jié)論

通過(guò)計(jì)算可知，采用本文所述施工技術(shù)施工時(shí)，4#導(dǎo)出口閘室EL384.6閘室頂板承重模板系統(tǒng)滿(mǎn)足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求。本文所述粗鋼管承重施工技術(shù)應(yīng)用后，預(yù)期目標(biāo)全部實(shí)現(xiàn)，搭設(shè)、拆除各只占用3天直線(xiàn)工期（原方案計(jì)劃工期30天、20天），頂板形體誤差滿(mǎn)足優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)要求。其成功應(yīng)用證明本方案本身和設(shè)計(jì)計(jì)算無(wú)大的缺陷或安全隱患。

參考文獻(xiàn)：

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